都建民

大壩除險(xiǎn)加固工藝在我國(guó)水利工程建設(shè)中占據(jù)著至關(guān)重要的地位。隨著大壩建成使用時(shí)間的不斷增加，大部分早期修筑的水利工程均出現(xiàn)了不同程度的老化現(xiàn)象。尤其是中小型水庫(kù)土石壩工程，其在地震作用下，大多數(shù)存在砂土層地震液化等現(xiàn)象。為保證水利工程質(zhì)量，采取除險(xiǎn)加固方法顯得極為關(guān)鍵。本文結(jié)合某中小型水庫(kù)大壩除險(xiǎn)加固工程，提出了土石壩拋石擠淤加固方案，希望通過(guò)這種經(jīng)濟(jì)、合理的清淤方式，進(jìn)一步提升水利工程質(zhì)量。

中小型水庫(kù);土石壩工程;除險(xiǎn)加固;拋石擠淤

水庫(kù)大壩安全事關(guān)國(guó)計(jì)民生，在我國(guó)水利工程眾多壩型中，土石壩是最常見(jiàn)的一種，基于建設(shè)時(shí)期的特殊性，當(dāng)前很多土石壩工程均面臨各種不同問(wèn)題。研究發(fā)現(xiàn)水庫(kù)建成使用多年后，往往會(huì)產(chǎn)生壩前淤積物，此類產(chǎn)物是一種流塑狀淤泥，特點(diǎn)為含水量高、細(xì)粘粒多，在清淤方面難度很大，且成本高。拋石擠淤法是一種強(qiáng)制性換土加固技術(shù)，是指將大量片石、塊石投入到軟粘土內(nèi)，強(qiáng)行將軟粘土內(nèi)的空隙擠出并迅速占領(lǐng)其位置，以此達(dá)到提升地基承載力、降低不均勻沉降、保證土體穩(wěn)定的目的。將該加固方法用于中小型水庫(kù)土石壩除險(xiǎn)加固施工中，可有效解決砂礫石壩基地震液化及壩坡不穩(wěn)定等問(wèn)題，因此具有良好的應(yīng)用效果和發(fā)展前景。

某中小型水庫(kù)大壩工程，0+600～1+450段為心墻砂殼壩;0+000～0+600段及1+450～1+780段為均質(zhì)壩。壩基巖性以1+350為界劃分，其東部位為長(zhǎng)英巖、片麻巖，其西部位為灰?guī)r、砂頁(yè)巖。據(jù)地質(zhì)勘查結(jié)果顯示，本工程存在滲水現(xiàn)象，尤其是庫(kù)水位在175m高程以上時(shí)，滲水更為嚴(yán)重。此外，其還可能存在砂基和砂殼震動(dòng)“液化”等問(wèn)題。針對(duì)上述問(wèn)題，決定對(duì)大壩進(jìn)行除險(xiǎn)加固處理。

通過(guò)地質(zhì)勘查結(jié)果顯示，在7度地震作用下，本水庫(kù)大壩極可能產(chǎn)生震動(dòng)液化現(xiàn)象，這對(duì)大壩安全影響較大。究其原因在于大壩壩體粘壓作用不佳，密實(shí)度不足，砂殼和壩基砂土層相對(duì)密度僅為0.12～0.59，這嚴(yán)重影響其抗震能力。因此在地震條件下，極容易出現(xiàn)震動(dòng)液化現(xiàn)象，導(dǎo)致壩體穩(wěn)定性下降，甚至出現(xiàn)滑坡情況，造成嚴(yán)重財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡。為了全面了解砂土層地震液化情況，本文采用了現(xiàn)場(chǎng)波速測(cè)試法、動(dòng)力反映分析法進(jìn)行測(cè)定和評(píng)定，詳細(xì)計(jì)算了大壩壩殼和壩基砂土層受力狀態(tài)，從而準(zhǔn)確確定了抗震加固范圍。在綜合考慮各類因素的前提下，本文提出了砂殼翻壓抗震加固方案，以163.5m為砂殼翻壓設(shè)計(jì)底高程，在施工中可采用水庫(kù)下游河床內(nèi)的砂礫石料作為砂殼料。

結(jié)合大壩現(xiàn)場(chǎng)波速測(cè)試、動(dòng)力反映分析計(jì)算等結(jié)果，在壩體抗震加固的基礎(chǔ)上，采用拋石壓重抗震加固方案用于壩基加固。164.0m為拋石壓重設(shè)計(jì)頂高程，拋填壓重材料可采用溢洪道開(kāi)挖石方，或護(hù)坡翻修拆除石方等，這樣不僅能夠避免棄渣占地，還能滿足壩基抗震加固所需。

在壩基拋石壓重前，應(yīng)先將壩前淤積層清理干凈，從而穩(wěn)定壓重體。壩前淤積物清理困難，若僅采用人工法，或機(jī)械法，因工期較長(zhǎng)，很難保證在汛期來(lái)臨前完成施工，這種情況下，勢(shì)必會(huì)增加施工的危險(xiǎn)性。為此，本文提出拋石擠淤法，相比，清淤壓重法，優(yōu)勢(shì)在于3點(diǎn)，第一，節(jié)約成本;第二，降低水庫(kù)放水量;第三，縮短工期，能夠保證施工期間大壩安全渡汛。

針對(duì)本工程實(shí)際滲漏情況，決定采用兩種壩基防滲加固方案，即基巖防滲帷幕灌漿、基巖接觸帶灌漿。

（1）動(dòng)力試驗(yàn)選擇。根據(jù)工程實(shí)際情況，參考以往工程資料，需在液壓式三軸儀上進(jìn)行砂土液化強(qiáng)度試驗(yàn)，在電磁式振動(dòng)三軸儀上進(jìn)行粘土動(dòng)強(qiáng)度試驗(yàn)。本文采用徐志英孔壓增量解析式求解孔壓。

（2）震動(dòng)液化分析。飽和砂層若具有密度小、密實(shí)度差等特點(diǎn)，在地震條件下，砂土層內(nèi)孔隙壓力將隨之升高，一旦孔隙水壓力達(dá)到最大數(shù)值，將導(dǎo)致砂的抗剪強(qiáng)度迅速下降，或完全喪失抗剪強(qiáng)度，這種情況即被稱為砂的液化。基于有效應(yīng)力原理，當(dāng)上覆土總應(yīng)力和孔隙水壓力相同時(shí)，那么，有效應(yīng)力就會(huì)等于“0”。此時(shí)，砂將不會(huì)有抗剪強(qiáng)度產(chǎn)生，即可呈現(xiàn)為液化狀態(tài)。

地震烈度、地震歷時(shí)等因素除外，影響液化的因素還包括土料類型、顆粒組成、飽和度等因素。當(dāng)?shù)卣鹆叶仍龈撸卣饸v時(shí)就會(huì)隨之延長(zhǎng)，這種情況下，就會(huì)極易產(chǎn)生液化現(xiàn)象?；诖?，在震動(dòng)過(guò)程中砂殼壩體、砂土地基是否存在液化現(xiàn)象，需計(jì)算動(dòng)孔隙水壓力在震動(dòng)過(guò)程中的增長(zhǎng)情況。根據(jù)本工程實(shí)際情況，在7度地震情況下，壩體砂殼或砂土地質(zhì)震動(dòng)液化判定可采用增量解析法。經(jīng)計(jì)算分析可知，當(dāng)壩體砂殼或砂礫石壩基液化度在1.0以下時(shí)，說(shuō)明在7度地震條件下，大壩加固處理后不會(huì)出現(xiàn)液化現(xiàn)象，表明大壩穩(wěn)定性良好。

為檢驗(yàn)拋石擠淤施工效果，采取樁號(hào)1+100～1+140段進(jìn)行測(cè)定與分析。試驗(yàn)時(shí)，將2排鋼管，即1#管設(shè)于相距上游壩腳處，2#管設(shè)于相距上游壩腳3.5m處。隨后在淤泥內(nèi)垂直插入鋼管。通過(guò)鋼管周圍淤泥高度變化情況的測(cè)定，可準(zhǔn)確了解淤泥擠出效果。表1為拋石擠淤施工記錄。

由表1可知，本段坡腳外淤泥具有較為明顯的隆起現(xiàn)象。隨后再次通過(guò)鋼管測(cè)定，大多數(shù)塊石已到達(dá)淤泥層底部，但并非所有塊石，仍有一些懸浮于淤泥層內(nèi)，與底部具有一定距離。針對(duì)這一情況，應(yīng)從土力學(xué)角度展開(kāi)研究，淤泥層屬于流變體，在壓力一定的條件下，隨時(shí)間增加變形而發(fā)生改變。因此，隨著上部壓重量的持續(xù)加大，在淤泥層內(nèi)懸浮的塊石，最終會(huì)到達(dá)淤泥層底部，因此，可認(rèn)為采用拋石擠淤加固法可以達(dá)到預(yù)期效果。

拋石擠淤施工后，沿壩軸線方向，從0+650樁號(hào)斷面起，每隔100m在壓重體平臺(tái)上進(jìn)行沉降觀測(cè)點(diǎn)安設(shè)，待完成壓重施工后，以20d為一個(gè)周期進(jìn)行測(cè)量分析，最終壓重平臺(tái)平均沉降量為5.9m，經(jīng)計(jì)算可知，該沉降量屬于拋石壓重體自身壓實(shí)沉降量，底部淤泥徹底擠出，且效果顯著。

綜上所述，當(dāng)前我國(guó)水利工程建設(shè)規(guī)模逐漸擴(kuò)大。然而，在建設(shè)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大的過(guò)程中，大量早期修筑的水利工程已呈現(xiàn)出不同程度的老化、病害情況。針對(duì)這一問(wèn)題，必須采取切實(shí)可行的除險(xiǎn)加固方法，從而有效提升水利工程建設(shè)質(zhì)量，保證使用安全。拋石擠淤法是一種成本低、工期短、操作簡(jiǎn)單的加固技術(shù)，在中小型水庫(kù)土石壩除險(xiǎn)加固施工中合理采用拋石擠淤法，可有效處理軟基問(wèn)題，解決砂礫石壩基地震液化現(xiàn)象，是提高壩坡抗滑穩(wěn)定性的重要措施。

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（Henan Zhenghang Construction Engineering Co.， Ltd. Zhengzhou Henan? 450000）

The dam reinforcement technology occupies a vital position in the construction of water conservancy projects in my country. With the continuous increase in the use time of dams， most of the early-built water conservancy projects have experienced varying degrees of aging. Especially for small and medium-sized reservoir earth-rock dam projects， most of them have the phenomenon of seismic liquefaction of sand layer under the action of earthquake. In order to ensure the quality of water conservancy projects， it is extremely important to adopt the method of removing danger and strengthening. In this paper， combined with the danger elimination and reinforcement project of a small and medium-sized reservoir dam， this paper proposes an earth-rock dam rip-rock squeezing and silting reinforcement plan. It is hoped that this economic and reasonable dredging method will further improve the quality of water conservancy projects.

small and medium-sized reservoir; earth rock dam engineering; danger removal and reinforcement; riprap and silt squeezing